高中物理原子与原子核知识点总结选修

高中物理原子与原子核知识点总结选修

高中物理原子与原子核知识点总结本章虽然不是重点，但高考选择题也会涉及到，只要记住模型和方程式，就不会在做题上出错。以下总结希望对同学们有所帮助。一、波粒二象性1.光电效应的研究思路(1)两条线索：h为普朗克常数，ν为光子频率。(2)三个关系：a.爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W。b.光电子的最大初动能Ek可以利用光电管实验的方法测得，即Ek＝eUc，其中Uc是遏止电压。c.光电效应方程中的W为逸出功，它与极限频率νc的关系是W＝hνc。2.波粒二象性a.波动性和粒子性的对立与统一。b.大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性。c.波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强。d.光子说并未否定波动说，E＝hν＝光速C=λν。e.波和粒子在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的。3.物质波a.定义：任何运动着的物体都有一种波与之对应，这种波叫做物质波，也叫德布罗意波。b.物质波的波长：λ＝h/p，h是普朗克常量。二、二原子结构与原子核1.卢瑟福的核式结构模型卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构学说，玻尔把量子说引入到核式结构模型之中，建立了以下三个假说为主要内容的玻尔理论。认识原子核的结构是从发现天然放射现象开始的，发现质子的核反应是认识原子核结构的突破点。裂变和聚变是获取核能的两个重要途径。裂变和聚变过程中释放的能量符合爱因斯坦质能方程。整个知识体系，可归结为：两模型(原子的核式结构模型、波尔原子模型)；六子(电子、质子、中子、正电子、粒子、光子)；四变(衰变、人工转变、裂变、聚变)；两方程(核反应方程、质能方程)。4条守恒定律(电荷数守恒、质量数守恒、能量守恒、动量守恒)贯串全章。1.电子的发现1897年，英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子。电子的发现证明了原子是可再分的。2.卢瑟福的核式结构模型卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构学说，即行星式模型。卢瑟福的实验装置和现象，从而总结出核式结构学说。以上是本章的知识点总结，希望能对同学们有所帮助。α粒子散射实验是一项实验，通过轰击金箔来研究原子结构。实验结果表明，大部分α粒子穿过金箔后仍然沿着原来的方向前进，但有少数α粒子会发生较大的偏转。这表明原子的正电荷和质量都集中在一个很小的核上。据此，卢瑟福提出了原子核的概念，认为原子核是原子中心的一个很小的核，其中包含了全部正电荷和几乎全部质量，而带负电的电子则在核外空间运动。通过α粒子散射实验的数据，可以估算出原子核的大小约为10-15m。然而，核式结构与经典的电磁理论存在矛盾，主要表现在两个方面：原子是否稳定，以及其发出的光谱是否连续。为了解决这些问题，玻尔引入了量子理论，提出了玻尔模型。该模型包含了三个假设：定态、跃迁和量子化。其中，定态指出原子只能处于一系列不连续的能量状态，电子不会向外辐射能量，这是针对原子稳定性提出的。跃迁指出原子从一种定态跃迁到另一种定态，需要辐射或吸收一定频率的光子，其能量由两个定态的能量差决定，这是针对线状谱提出的。量子化则是指能量是不连续的，而整数n则称为量子数。对于氢原子跃迁的光谱线问题，一群氢原子可能辐射的光谱线条数最多为(n-1)。能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态，左端的数字表示量子数，右端的数字表示氢原子的能量，相邻横线间的距离表示相邻的能量差，量子数越大相邻的能量差越小，距离越小。带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁的条件为hν=E高-E低。在能级跃迁方面，有两种情况：自发跃迁和受激跃迁。自发跃迁是指高能级向低能级跃迁，释放能量，发出光子。光子的频率为ΔE/h，其中ΔE为能级差，h为普朗克常数。受激跃迁是指低能级向高能级跃迁，吸收能量。光照、碰撞和加热等都可以导致受激跃迁发生。谱线条数的确定可以通过组合知识或者能级图来求解。对于一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数，最多为(n-1)，而一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数则可以通过组合或者能级图来求解。当氢原子吸收光子时，如果光子能量大于电子跃迁到无穷远处所需能量（即电离能），则光子会被完全吸收，导致原子电离。如果光子能量小于电子跃迁到无穷远处所需能量，则只有能量等于两个能级差的光子才能被吸收。这个过程受到跃迁条件的限制，只适用于光和原子作用使原子在各定态之间跃迁的情况。当氢原子吸收外来电子的能量时，它可以部分吸收碰撞电子的能量，从而激发原子跃迁。因此，只要电子的能量大于某两个能级差，就能被氢原子吸收。这个过程有规律可依，即能量差为n=1时，有5种可能的跃迁，能量差为n=2时，有3种可能的跃迁，能量差为n=3时，有1种可能的跃迁。玻尔理论成功地解释了氢原子光谱的规律，但由于保留了过多的经典物理理论，如牛顿第二定律、向心力和库仑力等，所以在解释其他原子的光谱时遇到了很大的困难。氢原子在n能级的动能和势能之间存在关系，总能量为动能和势能之和，且EP=－2EK，E=EK+EP=－EK。当原子从高能级到低能级跃迁时，动能增加，势能降低，且势能的降低量是动能增加量的2倍，因此总能量（负值）降低。天然放射现象的发现使人们认识到原子核也有复杂结构，核变化从贝克勒耳发现天然放射现象开始研究。三种射线包括α射线、β射线和γ射线，它们的组成、带电荷量、质量和速度不同，对空气的电离作用也不同。α衰变和β衰变都是核衰变的类型，它们的衰变方程分别为A-Z→A-2,Z-2,Y+2He和A,ZX→A,Z+1Y-1e。衰变实质是射出2个质子和2个中子结合成一个整体，或者1个中子转化为1个质子和1个电子。在衰变过程中，电荷数、质量数和动量守恒。确定衰变次数的方法可以通过测量样品中放射性核素的初始活度和测量后续时间的活度，然后计算半衰期和衰变次数。核反应是一种重要的物理现象，它可以分为人工转变和自然放射性。人工转变是指人类通过实验室操作进行的核反应，其中包括了人工控制的重核裂变和轻核聚变。自然放射性则是指自然界中本身就存在的放射性物质所进行的核反应。正确书写核反应方程式是进行核反应研究的基础，也是判断核反应是否正确的依据。要正确书写核反应方程式，首先需要熟记常见基本粒子的符号，如质子、中子、α粒子、β粒子、正电子、氘核和氚核等。其次，需要掌握核反应方程遵守的规律，即核反应不可逆，所以只能用“→”表示反应方向。最后，核反应过程中质量数和电荷数都是守恒的。质能方程E＝mc2是描述质量和能量之间关系的重要公式。在核反应中，当核子结合成原子核时，会出现质量亏损Δm，其能量也会相应减少，即ΔE＝Δmc2。而当原子核分解成核子时，会吸收一定的能量，相应的质量也会增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2。核能的计算方法有多种，其中一种是根据ΔE＝Δmc2计算。在这种计算方法中，Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”。另一种计算方法是根据ΔE＝Δm×MeV计算，其中Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”。此外，还可以根据核子比结合能来计算核能，即原子核的结合能＝核子比结合能×核子数。总之，核反应和核能是现代物理学中的重要研究内容，正确书写核反应方程式和掌握核能的计算方法对于深入研究核反应和核能具有重要意义。核反应中的中子数量与裂变物质的临界体积有关。为使链式反应发生，裂变物质的体积应大于其临界体积。例如，对于核反应方程92U+n→56Ba+36Kr+3n，该方程产生3个中子，因此，裂变物质的体积应大于其临界体积。组成α粒子的核子与α粒子的质量差可以用结合能公式计算。其中，结合能ΔE等于质量差Δm乘以光速的平方c²。例如，对于α粒子，其质量为mα，而质子和中子的质量分别为mp和mn。因此，Δm等于2mp+2mn减去mα。代入数据计算得到ΔE为×10⁻¹²J。放射性同位素具有多种应用。例如，α射线电离性强，可用于消除有害静电。γ射线贯穿性强，可用于金属探伤和治疗恶性肿瘤。放射性同位素还可用于生物工程和基因工程，以及研究农作物化肥需求情况、诊断甲状腺疾病类型、研究生物大分